TABLE DES MATIERES INTRODUCTION OBJECTIFS I. LA CHAÎNE ECHOGRAPHIQUE

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2 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION OBJECTIFS I. LA CHAÎNE ECHOGRAPHIQUE A. LA SONDE 1. Composition de la sonde 2. Principe de fonctionnement 3. Les types de sondes B. L ORDINATEUR C. LES MOYENS D IMPRESSION ET DE STOCKAGE II. LES ETAPES DU SIGNAL CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE

3 INTRODUCTION Bien connaître les appareils sur lesquels on travaille c est améliorer la qualité de ses prestations. En effet, les choix techniques que l on fait sont toujours directement dépendants de ce que l on connaît de la machine. Pourquoi choisissons-nous, par exemple, le petit ou le gros foyer en radiologie conventionnelle? Premièrement parce que l on sait qu ils existent et deuxièmement parce que l on sait à quoi ils correspondent et ce que cette sélection changera pour l examen à pratiquer vis-à-vis du patient, de la machine et du résultat final. En échographie, c est la même chose; la connaissance de l appareillage vous permettra de choisir la bonne sonde, de sélectionner les bons paramètres de base d un examen, de régler ces mêmes paramètres, d éviter de vous faire piéger par une image artéfactuelle, de garder un esprit critique quant aux nouveaux développements techniques mais également de prendre soin de vos appareils.

4 OBJECTIFS L objectif principal de ce cours est de pouvoir décrire le parcours d un signal reçu par la sonde et ses transformations lors des différentes étapes. Le deuxième objectif est de connaître les différents types de sondes que l on peut rencontrer dans le cadre de notre métier. Le dernier est de savoir quels sont les différents supports que l on peut utiliser pour l impression et l archivage.

5 I. LA CHAÎNE ÉCHOGRAPHIQUE La chaîne échographique comprend: -une sonde et son câble de liaison -un ordinateur -un écran -des moyens d impression et de stockage A. LA SONDE La sonde à ultrasons, ou transducteur, est la première partie composant la chaîne échographique et sans doute la plus importante et la plus fragile. Elle va directement au contact de la peau du patient et, comme nous le verrons plus loin, sert et d émetteur et de récepteur. De plus, sa conception demande une si grande finesse que si elle tombe à terre elle peut devenir complètement inutilisable. 1. Composition de la sonde (fig. 1) Le transducteur s articule autour d une partie céramique qui est le berceau du faisceau ultrasonore. Cette portion est précédée par une couche d adaptation d impédance acoustique qui, comme son nom l indique, favorise la transmission des ultrasons dans le corps en diminuant la différence d impédance entre la peau et la céramique et sert également de couche protectrice. On peut également modifier sa forme et ainsi changer la géométrie du faisceau. Dans ce cas, la couche d adaptation servira également de lentille acoustique. Afin d absorber les vibrations transmises vers l arrière, on place un amortisseur derrière le cristal. Il est en araldite chargée d une fine poudre de plomb ou de tungstène et influe également sur la bande passante de la sonde et son rendement. La bande passante correspond aux fréquences du faisceau situées de part et d autre de la fréquence de résonance et permettant de produire des ultrasons avec une perte d intensité inférieure à 6 db (fig. 2). En effet les cristaux vont produire un spectre de fréquences et la bande passante correspond à la fenêtre de mesure. L ensemble de ces structures sont enfermées dans un boîtier étanche.

6 fig.1 fig.2

7 2. Principe de fonctionnement La sonde peut s apparenter à un haut-parleur faisant également office de micro puisqu elle émet et réceptionne le signal. Son système de fonctionnement est, cependant, bien différent. Les transducteurs utilisés en échographie sont composés de petits cristaux qui ont la particularité de vibrer lorsqu on leur applique un courant électrique alternatif et qui produisent un courant induit lorsqu ils vibrent; c est l effet piézo-électrique. La sonde peut ainsi faire office de transmetteur et de récepteur. Les matériaux utilisés pour ces cristaux sont des céramiques ferroélectriques à base de titanate de baryum ou de titanate zirconate de plomb. Chacun de ces cristaux est relié à son propre fil conducteur et chacune de ces parties peut donc être apparentée à un canal hardware (fig.3). fig.3 Chaque canal va être stimulé par une onde électrique et se mettre à vibrer. Puis on coupe ce courant et on attend le retour du signal. Ce signal va, mécaniquement, faire vibrer le cristal et donc induire une tension électrique qui sera ensuite analysée par l ordinateur. Cette réponse dépend de plusieurs facteurs: -la fréquence de l onde envoyée -la distance parcourue par l onde (aller-retour) -la matière rencontrée On comprend donc que la sonde doit émettre et recevoir les signaux non pas en même temps mais successivement. L excitation de la céramique avec un courant haute fréquence se fait par courtes impulsions de 1 à 2 msec puis la réception se fait durant 998 msec. Chaque canal peut agir ainsi indépendamment des autres et c est grâce à cette souplesse d utilisation que l on peut obtenir une focalisation électronique. Il existe deux types de focalisation électronique: la focalisation électronique linéaire et la focalisation électronique sectorielle. Le principe est de

8 stimuler les canaux les uns après les autres de façon linéaire ou sectorielle afin de créer un balayage du signal (fig.4) fig.4 Il existe également une troisième manière de focaliser le faisceau: c est la focalisation mécanique qui s obtient grâce a une lentille acoustique (fig.5) fig.5 A l heure actuelle, on utilise des sondes dites matricielles afin de multiplier les canaux et d obtenir une focalisation dans deux plans. Ces sondes sont en fait composées d une multitude de cristaux qui s alignent en rangs et en colonnes (fig.6)

9 fig.6 Il peut y avoir jusqu à 128 canaux hardware mais, grâce à une technique dite de synthèse d ouverture, on peut doubler le nombre de canaux d analyse. Il s agit de réaliser deux émissions-réceptions successivement sur la moitié des canaux hardware (le faisceau est plus fin et donc mieux focalisé) et de faire la synthèse des signaux reçus sur l ensemble des canaux hardware. De plus, grâce à la puissance atteinte par les ordinateurs de traitement, on peut réaliser deux voir quatre analyses du même signal (fig.7). fig.7

10 3. Les types de sondes Il existe plusieurs types de sondes que l on choisit en fonction de ce que l on veut examiner. Il faut pouvoir faire un compromis entre la profondeur d exploration et la résolution de l image obtenue qui sont inversement proportionnelles. On doit également pouvoir accéder à certaines zones cachées comme par exemple sous les côtes abdominales etc... On peut distinguer les sondes à barrettes pour tous les examens courants (abdomen, sein...) et les sondes sectorielles qui offrent une divergence de faisceau accrue (endo-échographie, échocardiographie...). Les sondes à barrettes peuvent être de deux types: les barrettes droites les barrettes incurvées (ou convexes) barrette incurvée barrette droite

11 Les sondes sectorielles, quant à elles, peuvent être de type mécanique ou électronique. Les sectorielles mécaniques sont composées d un cristal monté sur un moteur rotatif qui, dans son mouvement oscillatoire ou circulaire, orientera le faisceau. En ce qui concerne les sectorielles électroniques, on applique le même genre de technique que pour la focalisation électronique mais en stimulant à la suite les cristaux afin d obtenir un balayage.

12 En cumulant ces techniques et grâce à la puissance des ordinateurs actuels, on a développé des sondes réservées à l acquisition 3D bien que celle-ci soit possible (à moindre qualité) avec des sondes matricielles simples. On utilise également des sondes endocavitaires multiples; les sectorielles mécaniques, capables de donner une vue à 360, les sectorielles électroniques permettant d explorer avec précision des organes comme la prostate et des sondes endocavitaires si fines que l on peut explorer le tube digestif et faire de l endoéchographie.

13 B. L ORDINATEUR Aujourd hui, l ordinateur doit non seulement être capable de gérer la traduction des signaux envoyés en images et de générer le faisceau ultrason avec tout ce que cela comporte mais il doit aussi pouvoir transférer les examens via un réseau, stocker les images, appliquer des traitements d images en post-processing, enregistrer et restituer des séquences échographiques pour les produits de contraste et gérer une work-liste patients. Étant donné la complexité de certaines de ces opérations, (on remarque qu il est récent qu un ordinateur puisse nous offrir ça compte tenu que, lors d un examen, il doit recalculer jusqu à 50 images à la seconde) nous ne nous intéresserons qu au principe fondamental de l ordinateur dédié aux appareils échographiques. Afin d obtenir une image non déformée et régulière dans l échelle des gris et, de ce fait, représentative de ce que l on veut examiner et éventuellement mesurer, il est nécessaire que l ordinateur: -amplifie les signaux lointains (absorption et diffusion des US dans le corps) -réduise les signaux proches (échos de répétition) En réalité, l ordinateur établit une échelle de gris en fonction des mesures des intensités de signaux reçus. Il doit également, pour calculer l image, être capable de donner la position du point de départ de ce qu il mesure. Pour cela, grâce à une horloge interne, il va compter le temps qu il faudra entre le moment ou il émet un signal et le moment ou il le reçoit. En prenant une vitesse moyenne du son dans le corps humain, il est capable de donner la distance. Ensuite il va positionner le point en fonction du cristal sur lequel la réponse aura été enregistrée. A partir de cette image brute, il sera capable, par l adjonction de filtre ou autre technique de traitement, de construire et d afficher une vue lisible des sons.

14 Tous les points de l image sont calculés de cette manière. On remarque ainsi l importance de la sonde dans le système échographique quant à la matrice de l image et la qualité de réception. Vu la problématique de l absorption des US et donc de la diminution de leur intensité en fonction de la distance parcourue, on comprend mieux pourquoi il faut amplifier les échos profonds et diminuer les échos proches de la sonde.

15 C. LES MOYENS D IMPRESSION ET DE STOCKAGE Avec le progrès des réseaux et des ordinateurs, on a aujourd hui la chance de connaître une diversification et une simplification du stockage et de la transmission des données images. On trouve ainsi: -papier laser couleur -papier normal via une imprimante standard -film et imprimante laser (comme le scan...) -film direct view (abandonné aujourd hui) -mémorisation direct sur l appareil -archivage PACS -vidéo -envoi direct sur écran via le réseau interne d un établissement Au niveau radiologique, le diagnostic en échographie se fait en temps réel et les images enregistrées servent surtout à garder les informations telles que les distances ou à démontrer un diagnostic déjà établi. L avantage de l utilisation de réseaux performants est donc d enregistrer et de transmettre des séquences échographiques.

16 II. LES ÉTAPES DU SIGNAL Voici, en gros, les différentes étapes par lesquelles passent les signaux US avant d arriver sur l écran T.V.. Il est important de préciser qu au niveau de la réception il faut inclure des lignes à retard afin de compenser les retards appliqués aux signaux pour la focalisation électronique et le balayage sectoriel électronique.

17 CONCLUSION Ces dernières années, on assiste à une complexification de l appareillage, non seulement au niveau informatique, mais également du point de vue des transducteurs et des moyens mis à notre disposition pour l impression et le stockage des données. Les images échographiques qui, il y a encore quelques années, paraissaient réservées aux plus érudits deviennent, avec le temps, aussi lisibles qu un scan ou qu une radiographie. Au moment où l on parle de plus en plus de télémédecine il reste une certitude, c est que la qualité d un examen échographique reste essentiellement dépendante du praticien et que cette personne sera forcément plus à même de réaliser de belles images avec de meilleures connaissances de son appareil et des techniques qui lui sont dévolues.